可控核聚變:人類前往下一個文明時代的唯一通路?

可控核聚變,是人類目前科技樹上,唯一一個可以一次性永久的解決太陽系內中級,甚至高級資源問題的辦法。

注意,不是能源,而是資源。

可控核聚變:人類前往下一個文明時代的唯一通路?

從基本的能源方面講,除了高速飛行器,所有需要動力的機械,都會迎來一次大解放。車,全是電動車。小船,電動。大船,直接上反應堆。電力系統,徹底解放,火力發電廠全部可以關了,風力發電廠成為旅遊景觀,水利電站安心調節生態。

但以上只是可控核聚變的冰山一角,因為貧窮限制了我們的想象力。

化石燃料開採的必要性將會重新審視,甲烷,氫氣,化學合成就完事了,二氧化碳和水,你會得到你想要的一切。石油,幾乎徹底淪為化工原料(飛行器燃料問題待解決)。

糧食問題徹底解決,不需要耕地,在貧瘠的土地上隨便建起足球場那麼大的廠房,再蓋它個六層,裡面想種什麼種什麼,無土栽培,你說缺水?海水淡化,反正電費基本可以忽略不計。缺少陽光?發光二極管佈滿整個廠房,比太陽光還亮。

可控核聚變:人類前往下一個文明時代的唯一通路?

在可控核聚變誕生之後的20到30年裡,整個社會的生產力,將會以難以想象的速度在數量上和形式上增加。

從某種意義上來講,在人類可見的科技樹範圍內,實現共產主義社會,只有這一條好路。

這既是令人失望的,又是充滿希望的。

沒有可控核聚變,人類永遠是躺在地球搖籃裡的嬰兒。有了它,人類才長出了“隱形的翅膀”。

當然,人類未來點開了新的科技樹則不在此論。

關於可控核聚變,再說幾個大家關注的問題:

1、可控核聚變能不能實現?

第一枚原子彈造出來前十年,人類還不知道裂變是個啥。

第一枚原子彈造出來之後,人類也不知道這東西到底能不能炸。

曼哈頓計劃僱了13萬人,花了20億美金(相當於現在250億美金,雖然聽起來很多,但是也就夠戰爭打兩週),賦予了最高優先級,五年造出了三枚原子彈。

然後利用核聚變的氫彈,現在(至少已公開資料中)認為只有中國的于敏構型是唯一合理的設計方案(其實至少美帝也是有熱核彈頭的,現在也有,比如B83。構型這個最後再說一說),其他國家的氫彈都無法長期戰備保存。優先級高的科研領域,總能出現點驚世駭俗的成果。

現在ITER的目標是花100億造個堆。

但各國政府的意見一來不統一,二來還會搖擺。進度緩慢幾乎是必然的。

但是你看中國開始大力推進這個項目之後,每隔幾個月在科研上就有振奮人心的好消息,政府一言九鼎的好處。

如果說商用爐是第五個饅頭,直接吃第五個饅頭當然是不現實的。而其實之前的四個饅頭還挺好吃的,也挺頂飽的。

這個圖就是世界上聚變實驗堆實驗歷史數值(最新的圖有HT系列,也就是EAST的實驗數據),左軸是triple product(粒子密度x束縛時間x粒子溫度),理論預測當這個數值超過3x10^21時,等離子體內氚可以自持,等離子體可以持續燃燒,Q值就是輸出和輸入能量的比值橙色帶狀,Q值大於1聚變堆能量可以自持,Q大於10有商用發電意義。

各個實驗堆一開始都不大,為了省錢,一個東方超環總項目預算才3億人民幣(上海外高橋發電廠總投資54億,當然這個屬於拿最便宜的實驗堆和最貴的火電站比,比較不厚道)。

直到實驗了好幾個堆之後,我們才發現,其實腔體越大越容易實現等離子體自持以及達到足夠長的束縛時間,點火和自持的數理模型才慢慢建立起來,但也可以說可控核聚變的理論模型直到現在也沒有完全建立起來,到底需要什麼樣的條件,誰都知道但誰也不清楚。

大概真正可行的可控核聚變方案出現之前,我們可能都不會知道到底怎樣建這個堆才是又便宜又好用。

哦,對了,我們嘴裡說的永遠的三十年和別人嘴裡永遠的三十年有完全不同的意義。

可控核聚變:人類前往下一個文明時代的唯一通路?

30年前我們是以曼哈頓計劃的背景說的30年,有點像“三年超英,五年趕美,跑步進入社會主義”,要是當時能得到像曼哈頓計劃那樣的支持,可能30年商用爐也能出。而我們現在說的30年,是以過去30年的研究趨勢預估的未來,就好像現在的“中國製造2025”、“兩個一百年”。

關於商用爐的未來有一好一壞兩個消息:

一個好消息是中國政府的計劃是30年,到2050年要出商用實驗爐;而一個不太好的消息是,美國政府的計劃已經推到世紀末了,說2099年能出商用實驗爐就不錯了。

(凡是美國人搞不出/不願搞的都是辣雞?2050年中國那應該已經站在世界頂點了,到底聽誰的,其實各國的心裡還是有數的,ITER枯木逢春我覺得大概還是因為有中國力推。)

說完第一個能不能的問題,第二個問題我們說一說值不值。

2、可控核聚變電站值不值得投資?

第一代的商用聚變電站肯定帶有很強的實驗性質,其本身商用發電的收益可能並不高。

但和任何其他大型項目(比如路橋網、高鐵網)一樣,各種相關科技、衍生工藝和設計理念必然會影響社會的方方面面,比如高溫超導,比如強磁場材料科學,比如抗輻照/自修復材料,比如熱核輻射源實驗平臺,比如能量轉換系統,比如極端條件冷卻系統,比如複雜結構加工及整合,比如等離子體物理學,這個大項目目前中國才投入了十來億就已經取得了較為豐碩的成果,吸引了一大批海外學者歸國,與國際機構的合作也變得更加緊密,這十來億花的特別值。

光是吸引一批高端海外學者這一點上,就不止十來億了。這些學者可是戰略資源吶。

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3、那麼,可控核聚變值不值得建設?

反正現在也是擬定要建設大的商用實驗堆,是帶有實驗性質的零代堆,預計100億歐元,50萬千瓦,上海外高橋超超臨界機組2000MW (200萬千瓦),投資50來億人民幣,投資其實還是可比擬的(不開玩笑,才二十來倍差距),零代堆尚且如此,一代堆應該就能有相近的成本,二代堆或者三代堆大概就能夠小型化上船上航天器了。

不走第一步永遠不會知道第二步該怎麼走。三極管放大器基本結構極其簡單,但是現在常用的設計相比之下顯得極其複雜,簡直面目全非,但最開始的三極管放大電路不應該投產嗎?

前幾個月不還有人說要想振興半導體就要每年投一千億連投五年嗎?分十分之一給可控核聚變,五年必出商用實驗堆好不?

我們又不存在煤炭和石油產業資本家干政,沒有道理不發展可控核聚變的啊。

最後,再加一條關於氫彈構型中的“于敏構型”的題外話,據說目前世界上掌握氫彈原理的只有中國和美國兩家,但也有說中國的構型其實和美國是一樣的,只不過是中國科學家于敏等人在技術封鎖下獨立完成的,是不是這樣?

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于敏構型

1、原子彈的原理圖甚至工程圖紙互聯網上就可以下載到。只要有足夠的核材料,很多人可以造一枚原子彈。但是氫彈,仍然只有五常真正掌握了熱核武器。

2、在世界範圍內,即便是專業學習核工程的,熱核武器的設計一筆帶過甚至提也不提。國內懂這個的只有某院的幾個人,而這幾個人,打死也不會說什麼。

3、之前有電視臺拍于敏的片子,老人被問及當年模型的靈感從哪裡來,後來這軲轆就被掐了——靈感這種事兒也不許談。

4、是不是跟Teller–Ulam模型一樣?于敏本人應該也不知道。他確實沒有任何直接跟外國同行接觸的機會,閉門造了輛車,會不會跟門外的車撞車?不知道。中國的氫彈模型到底是什麼樣的,估計外國人也不知道。

5、隨著逐漸解密,于敏老先生的故事將會是科學史上非常精彩有趣的一段。

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